5 fabricants de capteurs gyroscopiques en 2024

Qu'est-ce qu'un capteur gyroscopique ?

Les capteurs gyroscopiques sont des capteurs utilisés pour détecter la vitesse angulaire.

Ils sont également appelés gyroscopes. La vitesse angulaire désigne la quantité physique de rotation d'un objet par unité de temps et constitue un capteur indispensable dans les machines industrielles d'aujourd'hui, qui nécessitent un contrôle avancé et précis.

En particulier, les capteurs gyroscopiques sont invariablement utilisés dans des domaines tels que la robotique, le contrôle des avions et de la carrosserie des véhicules, où le contrôle par rétroaction doit prendre en compte des rotations infimes.

Utilisations des capteurs gyroscopiques

Les capteurs gyroscopiques sont utilisés dans un large éventail d'applications pour le contrôle des smartphones, des appareils photo numériques, des appareils de jeu, de l'industrie spatiale, de l'aviation, de l'automobile et des robots industriels.

Les capteurs gyroscopiques sont notamment utilisés dans les domaines suivants

• La stabilisation de l'image dans les smartphones et les appareils photo numériques
• Le contrôle de la marche des robots bipèdes
• Mesure et contrôle de la position des avions
• Mesure des mouvements et de la position de l'utilisateur dans les jeux de réalité virtuelle

Les capteurs gyroscopiques présentent des caractéristiques différentes selon le produit, telles que la résistance à la chaleur et aux vibrations et la taille. Par conséquent, la précision du contrôle de l'appareil utilisant les capteurs gyroscopiques et l'environnement dans lequel ils seront utilisés doivent être pris en considération lors de la sélection d'un capteur gyroscopique.

Principe des capteurs gyroscopiques

Les méthodes de mesure typiques des capteurs gyroscopiques sont le type vibratoire, qui utilise la force de Coriolis, et le type optique, qui utilise l'effet Sagnac de la lumière.

1. Capteurs gyroscopiques vibrants

La force de Coriolis utilisée dans les capteurs gyroscopiques vibrants est la force apparente qui agit sur un objet en rotation lorsqu'il se déplace. Les gyroscopes vibrants peuvent être classés en deux catégories : les gyroscopes piézoélectriques et les gyroscopes capacitifs.

• Type piézoélectrique
  Cette méthode mesure la valeur de la tension générée dans un transducteur rotatif en tant que quantité physique correspondant à la force de Coriolis.
• Méthode capacitive
  Cette méthode mesure la force de Coriolis à partir de la différence de capacité entre les électrodes de détection gauche et droite du capteur, due à la force de Coriolis pendant la rotation, et calcule la vitesse angulaire.

La relation entre la force de Coriolis et la vitesse angulaire peut être exprimée par l'équation suivante.

ω=F/2mv (ω : vitesse angulaire, F : force de Coriolis, m : masse de l'objet, v : vitesse du mouvement).

2. Capteurs gyroscopiques optiques

L'effet Sagnac utilisé dans les capteurs gyroscopiques optiques est le principe selon lequel si le chemin optique par lequel passe la lumière est en mouvement, la longueur du chemin optique augmente. Ce phénomène physique se produit parce que la vitesse de la lumière est toujours constante. Dans les capteurs gyroscopiques optiques, le trajet de la lumière s'allonge lorsque la lumière en orbite tourne elle-même, et la vitesse angulaire peut être calculée en mesurant la différence de phase causée par ce phénomène.

Autres informations sur les capteurs gyroscopiques

1. Méthodes de correction pour les capteurs gyroscopiques

Correction de la dérive
Plusieurs facteurs peuvent être à l'origine d'erreurs dans la sortie des capteurs gyroscopiques. L'une des caractéristiques les plus importantes à connaître est la "dérive". La dérive se réfère à la dérive du point zéro, qui est initialement donné comme valeur initiale, ce qui entraîne un décalage progressif de la valeur initiale et une erreur de détection plus importante.

Les causes internes de la dérive comprennent les fluctuations de la composante continue (fluctuations à basse fréquence) et les effets du bruit à haute fréquence : les fluctuations de la composante continue sont connues sous le nom d'instabilité du biais et le bruit à haute fréquence est connu sous le nom de marche aléatoire angulaire. L'instabilité du biais dépend de la stabilité de la tension d'alimentation et peut être améliorée en révisant l'alimentation.

Correction de la marche aléatoire angulaire
La méthode de correction de la marche aléatoire angulaire relève du savoir-faire de chaque entreprise, mais une méthode de correction couramment utilisée consiste à utiliser un filtre de Kalman.

Le filtre de Kalman est une méthode permettant d'estimer l'état du système le plus approprié sur la base des informations précédentes et des données actuellement acquises. Il peut être reformulé comme un problème d'estimation de l'état original d'une variable qui change avec le temps, sur la base des informations obtenues dans le passé et dans le présent. Il est important de considérer les valeurs mesurées et les variables elles-mêmes comme étant également sujettes au bruit.

2. Différences entre les capteurs gyroscopiques et les accéléromètres

L'accéléromètre est un capteur dont les propriétés sont similaires à celles des capteurs gyroscopiques. Bien qu'ils soient parfois confondus, ils sont complètement différents.

Comme son nom l'indique, l'accéléromètre est un capteur conçu pour détecter les accélérations. Il utilise les forces d'inertie pour mesurer les variations de la vitesse de déplacement d'un objet et les restitue sous la forme d'un signal électrique. Les capteurs d'accélération sont utilisés dans un large éventail d'applications, car des informations telles que la façon dont un objet vibre et l'ampleur de l'impact peuvent également être obtenues à partir de l'accélération. Leur structure de base est similaire à celle des capteurs gyroscopiques.

Les capteurs gyroscopiques, quant à eux, sont des capteurs utilisés pour détecter la vitesse angulaire, comme mentionné ci-dessus. Ils utilisent la force de Coriolis pour mesurer le mouvement (rotation) et les changements d'orientation d'un objet, qui peuvent ensuite être émis sous la forme d'un signal électrique.

3. Capteurs à 3, 6 et 9 axes

Les capteurs à 3 et 6 axes sont couramment utilisés de nos jours dans les capteurs de détection de force inertielle. Chacun correspond à l'accélération (3 axes) et à la vitesse angulaire (6 axes) dans les directions avant/arrière, gauche/droite et haut/bas. En tant que capteurs embarqués, ils sont indispensables pour les ADAS et la technologie de conduite automatique, qui sont des systèmes d'aide à la conduite pour les véhicules.

Par exemple, les systèmes de navigation des voitures sont équipés à la fois de capteurs gyroscopiques et de capteurs d'accélération. En utilisant les capteurs gyroscopiques pour détecter la direction de la voiture et les capteurs d'accélération pour détecter la distance parcourue, la position actuelle peut être affichée avec une grande précision, même dans les endroits où la réception des signaux est difficile, comme dans les tunnels.

Les trois axes sont représentés par le roulis, le tangage et le lacet, et ces axes peuvent être utilisés pour représenter la posture. En particulier, le roulis et le tangage peuvent être corrigés par eux-mêmes en tant que circuit de rétroaction pour la dérive elle-même, qui est un facteur d'erreur. En outre, une autre solution pour la compensation de la dérive consiste à utiliser un capteur géomagnétique comme capteur supplémentaire compatible avec 6 axes par rapport à la norme actuelle, appelé dans ce cas capteur compatible avec 9 axes.

4. Compatibilité des MEMS avec les capteurs gyroscopiques

La technologie MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) a contribué de manière significative à la miniaturisation des capteurs gyroscopiques, La technologie MEMS est utilisée en déployant la technologie de microfabrication de couches minces de l'industrie des semi-conducteurs.

Contrairement aux capteurs gyroscopiques "optiques" et "mécaniques", les capteurs gyroscopiques MEMS sont également relativement faciles à miniaturiser et à intégrer, et sont souvent intégrés dans des appareils mobiles tels que les smartphones, en raison de leur grande compatibilité avec les ASIC, qui permettent un contrôle relativement sophistiqué.

De plus, les capteurs gyroscopiques ont des plages de détection différentes pour la vitesse angulaire requise en fonction de leur application. Par exemple, les appareils mobiles tels que les smartphones ont besoin d'une plage de 300 à 2000 dps (degrés par seconde, angle de rotation par seconde), tandis que les appareils automobiles tels que les systèmes de navigation des voitures ont besoin d'une plage de 100 à 500 dps.

Par conséquent, lors de la sélection d'un capteur, il faut tenir compte de la portée de détection suffisante, en fonction des conditions d'utilisation de l'appareil.